JPS583972B2 - α−アルミナの製造方法 - Google Patents

α−アルミナの製造方法

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JPS583972B2
JPS583972B2 JP48058773A JP5877373A JPS583972B2 JP S583972 B2 JPS583972 B2 JP S583972B2 JP 48058773 A JP48058773 A JP 48058773A JP 5877373 A JP5877373 A JP 5877373A JP S583972 B2 JPS583972 B2 JP S583972B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば触媒および触媒担体として有用な、高
い比表面積を有するα−アルミナの製造方法に関する。
A.S.RusseII等、Ind.Eng.Chem
.421336頁(1950)には、ダイアスポア鉱
物を650℃に加熱することにより、や5高い比表面積
を有しそしてα−アルミナのX線図を示す鉱物が得られ
ることが報告されている。
しかしダイアスポアは比較的稀な形のアルミナである。
また、H,Krischner等、”Science
of Ceramics”、63、Vol,/(Aca
demic Press,1962)には、金属アルミ
ニウムを水蒸気と320〜400℃で15〜100気圧
の圧力下に反応させるか、または弗化アルミニウムを特
殊な条件下で加熱加水分解することにより、微結晶質の
活性α−アルミナを製造することが報告されている。
本出願人の出願に係る特願昭47−27549号(特公
昭57−20015号公報参照)には或種の金属ポリカ
ルボン酸塩を100℃−450℃で熱分解すると、金属
または金属酸化物の微粒子を含む、比表面積の大きい有
機マトリツクスボリマーが生成することが開示されてい
る。
その粒子が遊離の金属または金属酸化物からなるかどう
かは、存在する金属(1種またはそれ以上)の性質と脱
カルボキシル化の間の条件とによっている。
貴金属例えば金、銀及び白金などは必ず遊離の金属粒子
を作る。
というのは、それらの酸化物は脱カルボキシル化の間の
環境が酸素を含むときでも余りに不安定すぎるからであ
る。
このことはまた、W,M.Latimer著の[水溶液
中の元素の酸化状態とその電位The Oxidati
on States of th−e Element
s and their Potentials in
−Aqueous Solution(1938)」と
いう題の本に定義されているような低い標準酸化電位を
有するその他の金属(例えば水銀が含まれる)にも言え
る。
中間の標準酸化電位の金属の場合には、酸素を含む環境
例えば空気中では酸化物粒子ができ、一方不活性な環境
例えば窒素、アルゴンまたは真空中、並びに還元性の雰
囲気例えば水素中では金属の粒子ができる。
このような金属には例えば銅、ニッケル及びコバルトが
含まれる。
それより活性な金属−それは0.4ボルト以上の標準酸
化電位を有する金属であり、例えばクロム、鉄、亜鉛、
アルミニウム及びチタンが含まれる−の場合には、その
環境に酸素がないときでも脱カルボキシル化処理の際に
は酸化物粒子ができる。
その場合には処理の間に酸素がそのポリマー酸の物質か
ら明らかに引き抜かれるのである。
上記先願の方法を、かなりの比表面積を有するアルミナ
の微粒子を生成させるのに使用することができるが、し
かしこの粒子は右機マトリツクスポリマー中に分散され
ており、触媒製造等への使用に特に有用な形ではない。
また、この先願の方法による比較的低い温度での熱分解
により生ずる無機粒子は、所望の結晶形をとっていない
ここに、少なくとも40m2/gの比表面積を有するα
−アルミナが、重合させた不飽和炭化水酸カルボン酸の
アルミニウム塩を400℃ないし600℃の範囲の温度
で熱分解し、得られる分解生成物を更に1000℃より
上の温度に加熱して該分解生成物体−アルミナに転化さ
せ、そして最後に該α−アルミナを酸素含有雰囲気中で
400℃ないし900℃の範囲の温度で加熱することに
よりα−アルミナから残留炭素を除去することによって
製造されることが見出された。
最後に述べた加熱の温度は、比表面積の低下をもたらす
無機相の焼結を防ぐに充分な低さに保たれる。
本発明の方法で出発原料とするポリカルボン酸塩は、例
えば既に上に引用した本出願人の先願に開示した方法で
、即ち非水系媒体中で該金属イオンをポリマー酸と接触
させ、得られたポリカルボン酸塩をゼラチン様の沈殿物
の形で収取することによって、手に入れることができる
この沈殿物を脱カルボキシル化熱処理に付すときは、そ
の後残留溶剤を除去する処理をすることが有利であるこ
とも開示されている。
疑いを差しはさむ余地なく、溶剤の除去吉脱カルボキシ
ル化をひとつの単一ステップに結合して、沈殿物を直ち
に脱カルボキシル化温度に処することもできるが、一般
にこれは好ましくはない。
というのは、可燃性の有機溶剤を高い温度に処すること
から危険になるので。
もちろんこれらの思慮は本発明の方法に関係しても言え
ることである。
本発明の方法の出発原料であるポリカルボン酸アルミニ
ウム塩の製造に使用するポリマーの好ましいクラスは、
少なくとも1個のカルボキシ基と少なくとも1個のエチ
レン結合即ち非芳香族性炭素一炭素二重結合を有する1
0個までの炭素原子の炭化水素カルボン酸のボリマーま
たはコボリマーからなる。
この酸は、分子中に更に炭素一炭素不飽和(芳香族性の
不飽和を含めて)を含んでいてもよい。
適当な酸には例えばフクル酸モノビニルエステル(また
はビニル水素フクレート)、ビニル安息香酸、アクリル
酸及びマレイン酸が挙げられる。
一般に、1〜2個のカルボキシ基、唯一の炭素一炭素不
飽和として1〜2個のエチレン結合及びカルボキシ基の
炭素原子を含めて3〜6個の炭素原子を含む低級アルケ
ン酸のポリマーが好ましい。
このタイプのモノ力ルポキシルアルケン酸の具体例には
、アクリル酸、メククリル酸、クロトン酸、3−ペンテ
ン酸、ソルビン酸、2−メチル−2一ブテン酸及びエタ
クリル酸が挙げられ、一方ジカルボキシルアルケン酸の
具体例にはマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサ
コン酸、イクコン酸、2−メチレングルクン酸及び2−
ペンテンニ酸が挙げられる。
一般にモノカルボン酸のポリマー、特にエチレン結合が
カルボキシ基と共役しており末端エチレン結合であると
ころのモノカルボン酸のポリマーが好ましい。
アクリル酸及びそのα−アルキル誘導体でそのアルキル
基が1〜3個の炭素原子を有するもの特に1個の炭素原
子を有するもの即ちメククリル酸のポリマーが最も好ま
しい。
酸は金属イオンと結合させる前に適切には平均分子量少
なくとも500まで重合させることが非常に望ましい。
平均分子量の上限は厳密ではない。2,000,000
と同じくらい高くてもよいが、一般に2,000〜50
0,000の範囲の平均分子量が好ましい。
酸の重合は例えば溶液中でどんな公知の方法(例えば重
合触媒例えばベルオキシド特にペンゾイルペルオキシド
の存在下に加熱することを含めて)を用いても行なうこ
とができる。
適当な重合触媒にはまたある種の二トリル例えばアゾビ
スーイソブチロニトリル及びアゾビスーシクロヘキサン
ニトリルが挙げられる。
金属イオンは非水系媒体中でポリマー酸と接触させなけ
ればならないので、金属は上記媒体に溶ける金属化合物
の形でなければならない。
一般にカルボン酸塩例えば蟻酸塩、酢酸塩、酪酸塩、ア
ジピン酸塩及びシトラコン酸塩、アルコラート例えばエ
チラート、プロピラート、インプロピラート、ヘキシラ
ート及びフエニラート、錯体例えばアセチルアセトノア
ート(acetylacetonoates)鉱酸の塩
並びに金属アルキル例えばトリエチルアルミニウムが適
当である。
本発明の方法の出発原料であるポリカルボン酸アルミニ
ウムは一般に、重合した酸の当量あたり0,1ないし1
.0モルのアルミニウムイオン、即ち該酸の当量あたり
0.3ないし約3.0当量のアルミニウムイオンを含み
、そして酸の当量あたり0,2ないし1.0モルのアル
ミニウムイオンを含むのが好ましい。
該出発原料中にはアルミニウムイオンの他に、例えば銅
のような他の多価遷移金属イオンが存在していてもよい
この場合には、それら潜在的触媒イオンを含有するアル
ミナおよびアルミネート最終生成物を得ることができる
ポリマー酸並びに金属化合物に好ましい溶剤は一般に不
活性な非水系の極性溶剤である。
適当な溶剤には置換された極性炭化水素例えば酸素と化
合させた炭化水素例えば好ましくは1〜6個の炭素のア
ルコール、ケトン及び環状エーテルが挙げられる。
このような溶剤の具体例にはメタノールエタノール、イ
ンプロパノール、エチレングリコール、ヘキサノール、
アセトン、メチルイソプチルケトン、ジオキサン、テト
ラヒド口フラン及びそれらの混合物がある。
溶剤として適当なその他の置換された炭化水素には、ア
セトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホ
キシド及びヘキサフルオ口イソプロパノールが挙げられ
る。
水は小さい割合では存在してもよいが、大きな割合で水
を含む溶剤は避けなければならない。
少量の非極性溶剤例えばベンゼンまたはヘキサンも存在
させてよい。
1〜3個の炭素原子のモノアルカノールを含む低級オキ
サ炭化水素例えばテトラヒドロフラン及びジオキサンが
最も好ましい。
金属イオンをポリマー酸と接触させているときは、局部
的に高濃度の金属イオンは避けなければならない。
このため、金属塩は希薄な溶液として特に1リットル当
り0.05〜2(金属の)当量の範囲の濃度を有する溶
液として加えることが好ましい。
更にポリマー酸も希薄な溶液として、特に1リットル当
り2(酸の)当量以下の濃度の溶液として用いるのが好
ましい。
この濃度は0.1〜1.5当量/リットルが更に好まし
<、0.2〜1当量/リットルが最も好ましい。
重合した酸と金属イオンを含むふたつの溶液を効果的に
混合するのを促進するために、それぞれ(例えば攬拌に
よって)揺動するのが一般に賢明である。
高濃度を避けるために接触は1/4〜2時間かけて徐々
にすることができる。
金属イオンとポリマー酸との接触は0.5〜1.5時間
かけて常温またはやや高温で行なうことが好ましい。
適当な温度は一般に10〜125℃であり、25〜10
0℃の温度が好ましい。
溶液が接触してできるゼラチン様の沈殿物は反応媒体の
大部分から例えば遠心、ろ過、沈殿またはデカンテーシ
ョンによって簡単に収取するこ吉ができる。
所望なら、沈殿物に残っているかもしれないいくらかの
未反応金属塩の溶剤である不活性な洗浄液を用いてそれ
を洗浄してもよい。
この適当な溶剤は既に上に述べた溶剤である。
ゼラチン様の沈殿物は、そこに含まれているもとの溶剤
の少なくとも80%Wtを除去すると、概して硬い多孔
質の生成物を与える。
少なくとも90%の溶剤を除去することが好ましく、完
全にまたは実質的に完全に乾燥するまで溶剤を除去する
ことが最も好ましい。
所望なら、溶剤除去の後、生成物を洗浄することができ
る。
もとの溶剤をその硬い生成物の洗浄に使用するときでも
、再びゼラチン様の中間物ができることはない。
生成物はもとのままである。
溶剤の除去は、例えば真空蒸発、温和な加熱を含めた慣
用的な手段でまたは例えば強制空気オーブン及び真空オ
ーブンのような装置を用いて加熱と真空との組み合わせ
によって、行なうことができる。
ゼラチン様の沈殿物から溶剤を除去することによって得
られる生成物は、金属イオンが架橋剤としてポリマー酸
と結合してきたことを示唆する物性を有する。
慣用的な交叉結合したポリマー綱例えば加硫ゴム及び硬
化樹脂では、ポリマー鎖は一方からもう一方へ主として
共有結合的に結合しているが、ここに関する生成物では
そのポリマー酸の分子鎖は酸の位置の間を金属イオンで
ぐるぐる巻かれ、そして架橋されているように思われる
しかし、いくつかの配位結合の存在を全く除外すること
ばできない。
とにかく、走査電子顕微鏡で調べると、生成物はシリカ
ゲルの微細構造に類似した高度に微細な微細構造を有す
ることが判る。
生成物は熱で分解する傾向がある。
残留溶剤を除去するのに加熱するとき、100℃以下の
温度に制限すれば早過ぎる分解を避けられる。
しかしながら、本発明の方法に関しては、それより高い
温度を用いることができ、その場合既に溶剤除去の間に
起こった生成物のいくらかの分解が全く不都合であると
いう訳ではない。
大部分の範囲で金属イオンがポリマー酸と分子内的に反
応して、このように金属一ポリマー酸錯体の小さな粒子
を形成し、そしてこれらの粒子が集まってゼラチン様の
中間物を作ると想像される.一般に、残留溶剤の除去に
よってそれから得られるものは、硬く非融解性であり、
水並びに例えばジオキサン及びジメチルスルホキシドを
含めた他の普通の溶剤に不溶である。
それは多孔質であり,B,E,T.法一これはBrun
auer,S.,Emmet,P,H.及びTelle
r,EがJ,Am.Chem,Soc.60,309−
16ページ,(1938)に記述した方法である一で測
定した少なくとも5m2/g、特に15〜600m2/
g更に特に50〜400m2/gの比表面積を有する。
本発明によれは、上記ポリカルボン酸アルミニウムをま
ず約300−600ど、好適には40〇一600℃で熱
分解し、次にその分解生成物を約1000℃以上に加熱
し、最後に400−900℃で残留炭素を除去すること
により、高い比表面積を有するα−アルミナが製造され
る。
最初の分解に好ましい温度は450〜550℃の範囲内
である。
分解は一般に低圧で好ましくは100mmHg以下の絶
対圧力で、最も好ましくは0.01〜20mmHgの絶
対圧力で行なう。
分解は実質的に完全に脱カルボキシル化するまで続ける
が、必要な時間は用いる温度とポリマー酸の性質によっ
ている。
一般に0.5〜15時間が適当であり、そのうち1〜5
時間の範囲内の時間が好ましい。
分解生成物は無定形酸化アルミニウムの細かい粒子を含
む多孔質の炭素質粉末であり、その酸化アルミニウムは
中間処理によってα−アルミナへの相変化を受けるが、
この炭素質のマトリックス(母体)は酸化アルミニウム
粒子が広範に焼結するのを防ぐ。
もちろん、温度は酸化アルミニウムの所望の相変化を成
すのに十分高くなければならない。
適当な温度は一般に900〜1500℃の範囲であり、
そのうち1000〜1400℃の温度が好ましく、10
50〜1350℃の温度が最も好ましい。
加熱は非−酸化性の雰囲気中で、用いた温度に依存する
ある時間の間行なうことが好ましい。
一般に0.2〜10時間が適当である。高温例えば12
00〜1500℃では0.2〜1.0時間が好ましい。
それより低い温度例えば900〜1200℃では1〜1
0時間が好ましい。
好ましい範囲、即ち1000〜1400℃の温度では0
.3〜5時間が好ましく、最も好ましい温度即ち105
0〜1350℃では0.4〜3時間が好ましい。
酸化性の雰囲気、これには水蒸気を含有する雰囲気さえ
含まれるが、それはこれらの高い温度では炭素質のマト
リックス(母体)を分解する傾向があり、このためそれ
を避けるべきであることが好ましい訳である。
乾燥した不活性ガスを用いることが好ましい。
適当な不活性ガスには窒素、貴ガス特にアルゴン及びヘ
リウム並びにメタンが挙げられるが、そのうち窒素、ヘ
リウム及びアルゴンが特に好ましい。
この中間熱処理から得られる生成物は一般に小さなα−
アルミナ粒子を含む炭素質のマトリツクス(母体)から
なる細かい粉末である。
実質的に炭素を含んでいるので、このようなものを、本
質的に純粋なα−アルミナを必要とする用途に使用する
のは不適当である。
従って、本発明の方法の最終ステップでは炭素をガス状
の化合物例えば二酸化炭素及び/または一酸化炭素に変
えて除去する。
そのステップでは温度は好ましくは実質的に800℃を
越さないようにすべきである。
というのは、それより高い温度例えば1000〜110
0℃の範囲の温度では、焼結プロセスを通じてαーアル
ミナの比表面積が減少する傾向があるからである。
炭素の除去に特に好ましい方法は空気(任意に窒素で希
釈してもよい)の存在下に400〜900℃好ましくは
500〜800℃の温度で好ましくはゆっくりとそれを
焼却することである。
炭素を除去するのに要する時間は厳密ではなく、そのも
のの量と温度でいろいろに変わるが、一般に1〜20時
間で十分であることが判る。
好ましい温度では5〜15時間が好ましい。
得られるαーアルミナのB.E,T.法で測定される比
表面積は少なくとも40m2/gであり、好ましくは約
60m2/9以上である。
相対的に高い比表面積のα−アルミナ特に800℃また
はそれ以下で行なった方法に於けるものは確かに有用な
物質であり、例えば触媒または触媒担体として使用する
こともできる。
次に実施例を引用して本発明を更に記述する。
これらは具体化のために設けるのであり、本発明の範囲
を限定するつもりはない。
出発原料として用いるポリカルボン酸塩は、本出願人の
先願No.27549/72(特公昭57−20015
号公報参照)に開示し上に論議した方法によって製造し
た。
即ち、少量例えば0.1%Wのアゾビスーイソブチロニ
トリルと少量例えば0.06%Wのアゾビスーシクロヘ
キサンニトリルをモノマー溶液に溶かし、それからそれ
を長い時間例えば16時間高い温度例えば90℃に保持
することによって得られたポリアクリル酸溶液を用いた
できたポリアクリル酸の平均分子量は粘度を測定するこ
とによって測定できた。
溶液の一部の酸の当量数は最初に存在するアクリル酸モ
ノマーのモル数にほぼ等しく、滴定によって測定できた
実施例■〜■では、実質的にはたった今引用した本出願
人の先願の実施例■に記述したように、即ち30.6g
(0.15モル)のアルミニウムイソプロポキシドを1
0リットルの乾燥インプロパノールに溶かした溶液を、
1.5時間かけて25〜30℃で、0.45(酸の)当
量を含む、ポリアクリル酸(平均分子量約1,000,
000)を3.0リットルの乾燥イソプロパノールに溶
かした溶液に加えて作ったポリアクリル酸アルミニウム
を用いた。
得られたスラリーを80分要して75℃まで加熱し、そ
れから遠心した。
沈殿物を遠心びん中で乾燥イソプロパノールで数回洗浄
し、それから89℃で真空乾燥した。
本出願人の先願の実施例■で得られた固体の生成物(3
7.1g)は比表面積が3i2m2/gであり、8.4
%WのAIを含有していた。
もちろん、わずかな変化は起こるかもしれない。
従って、本発明の実施例■〜■で使用する出発原料が正
確に同じ比表面積とアルミニウム含有率を有さないこと
を驚くことはない、 アルミニウムと銅を含んだ本発明の実施例■で使用する
出発原料は実質的に本出願人の先願の実施例Xに記述し
たように、即ち2s.sg(0.049モル)の銅(■
)=ビス(テトライソプ口ポキシアルミナート)即ちC
u(A1(C3H70))2を含むジオキサン溶液10
00mlを50℃の温度で1.5時間かけて、1リット
ル当り0.13(酸の)当量の濃度を有する平均分子量
10,000のポリアクリル酸のジオキサン溶液300
0ml(この溶液のポリアクリル酸の全量は2S.Og
)に加えた。
できた青いゼラチン様の塊を遠心して分離し、ジオキサ
ンで洗浄し、そして100℃で5時間真空加熱して、比
表面積179m2/g、銅含有率7.1%W及びアルミ
ニウム含有率7.0%Wを有する綿毛のような薄青い多
孔質のポリアクリル酸塩生成物を得た。
これは先願の実施例Xで得られた結果と離れていない。
実施例I (α−アルミナの製造) 比表面積312m2/gを有し8.3%Wのアルミニウ
ムを含むポリアクリル酸アルミニウム36.0gを、5
0〜0.5mmHgの絶対圧力下で510℃まで加熱し
、この最後の温度を更に2時間保持して熱分解した。
58%Wの重量損失が観察されて炭素質の残留物ができ
たが、これをそれからアルゴン中で1250℃に1時間
加熱して、上記残留物中に分散している多孔質アルミナ
をα−アルミナに転化した。
それから温度を550℃に下げて空気を入れてその炭素
質物質を燃焼した。
13時間後、白い粉末が得られたが、それはもとのポリ
アクリル酸アルミニウム重量の17%であった。
それの比表面積は88m2/gであり、そのX一線回折
パターンからα−A1203は大きさが100人より大
きい結晶の形で存在することが判った。
実施例■ (中間処理なしで迅速な燃焼によるα−アルミナの製造
) 8.4%Wのアルミニウムを含み比表面積312m2/
gを有するポリアクリル酸アルミニウムザンプル2.0
gを、50〜0.5mmHgの絶対圧力下で410℃ま
で加熱し、この最終の温度に更に6時間保持した。
得られた黒褐色の炭素質残留物はどんなX一線回折パタ
ーンも示さず、その酸化アルミニウムは無定形であった
その残留物を1気圧の酸素中に置き390℃までゆっく
りと加熱すると、それは発火して急速に燃焼し、わずか
0.3%Wの炭素を有する明るい灰色の粉末を生じた。
その比表面積は89m2/gであり、X一線回折からこ
の粉末が約1000人の大きさのα−アルミナの結晶か
らなることが判った。
実施例■ (該アルミナへ転化させる中間処理なし)8.4%のア
ルミニウムを含み比表面積312m2/gを有するポリ
アクリル酸アルミニウムザンプル43gを40〜0.2
mmHgの絶対気圧下で500℃まで加熱して、41.
3%Wの炭素と3.3%Wの水素を含有する黒色の炭素
質残留物1.5gを製造した。
これは比表面積が330m2/gであり、X一線回折パ
ターンを示さなかった。
この残留物を400℃まで加熱した後、3.5%■の0
2、それから7.0%Vの02そして最後に21%■の
02を含む窒素を入れて、燃焼させることなく注意深く
コントロールしながらその炭素を酸化した得られた0.
51gの明るい灰色の粉末は2.9%Wの炭素と1.4
%Wの水素を含有していた。
その比表面積は333m2/gであった。
X一線回折では残りのアルミナに少しの結晶性も観測さ
れなかった。
実施例■ (中間処理なしに強く燃焼することによるα一アルミナ
の製造) 8.7%Wのアルミニウムを含み比表面積238m2/
&を有するポリアクリル酸アルミニウムサンプル37.
0gを真空にて500℃まで加熱して、50.8%Wの
炭素と2.3%Wの水素を含む炭素質残留物14.8g
を得た。
この残留物をガラスのチューブに詰め込み、この層に酸
素気流を通した。
それから、そのチューブの側面を炎で熱して残留物を灼
熱すると、1250と1450℃の間と思われる温度に
於いて白熱光を発して約5分間激しく焼えた。
この結果、5.9gの白い焼結した残留物が得られ、そ
れはX一線回折によってα−アルミナであることが示さ
れた。
それの比表面積はたった12m2/gであった。
実施例■ (アルミニウムと銅を含む生成物) アピレツクス(apyrex)チューブの底に、上述の
ように作ったポリアクリル酸のアルミニウム及び銅塩の
混合物1.94gを敷き詰めた。
それからこのチューブを1気圧(絶対圧力)の酸素で満
し、そしてこのチューブの側面を熱して中の粉末を灼熱
した。
それが赤く輝いて約5分間ゆっくり燃焼すると、0.4
0gの茶色の粉末が得られた。
X一線回折によって、両方とも約1000人の大きさの
α一A1203とCuOの結晶及び約100Aの大きさ
のCuA102の結晶の存在することが示された。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 少なくとも40m2/gの比表面積を有するαーア
    ルミナの製造方法において、重合させた不飽和炭化水素
    カルボン酸のアルミニウム塩を400℃ないし600℃
    の範囲の温度で熱分解し、得られる分解生成物を更に1
    000℃より上の温度に加熱して該分解生成物をα−ア
    ルミナに転化させそして最後に該α−アルミナを酸素含
    有雰囲気中で400℃ないし900℃の範囲の温度で加
    熱することによりα−アルミナから残留炭素を除去する
    ことを特徴とする方法。
JP48058773A 1972-05-30 1973-05-28 α−アルミナの製造方法 Expired JPS583972B2 (ja)

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